用于排查聚合网络问题的用户语义叠加

摘要

一种包括基于互联网协议的语音(VOIP)和基于无线局域网的语音(VoWLAN)电话的聚合网络为用户提供用于实时地将质量问题和对性质问题的指示一起告知给网络管理者的装置。一旦接收到通知，系统就拍下与质量问题相关联的当前网络参数的快照，并且提供网络统计信息以用于后续的分析和故障排查。参与呼叫的其它呼叫方被告知质量问题的根源。在其它实施例中，当流视频或音频用户检测到网络质量问题时，该问题被标记和加标签以指示所发生质量问题的时间和类型。

说明书

技术领域

本发明涉及网络上的语音传输并且更具体地涉及对针对高带宽事件的 低质量网络服务进行故障排查(troubleshooting)，所述高带宽事件例如是 基于互联网协议的语音(VoIP)、基于无线局域网的语音(VoWLAN)网 络和视频传输。

背景技术

聚合的网络将数据、语音和视频流量集成到单个互联网协议(IP)基 础设施中。利用聚合网络，公司可以将它们的电话功能与它们的数据管理 功能相组合并且可以实现对它们投资的更大回报。随着数字电话系统的出 现，公司可以为雇员和顾客提供更好的智能语音、数据、消息和移动应用 和服务，这些利用公共交换电话网(PSTN)或通常所称的简易老式电话 系统(POTS)是不可能实现的。

聚合语音和数据网络背后的主要驱动力是网络所有权和增强的特征和 功能的总成本的减少。例如，视频电话呼叫现在日益普遍，并且很快用户 将能够访问视频数据来在他们的移动电话上观看电影或电视表演。然而， 随着与基于互联网协议的语音(VOIP)技术相组合的高速互联网和无线网 络的可用性的提高，聚合网络将越来越多地承担更高的带宽要求。因此， 在部署聚合网络时的关键挑战之一是要确保为每种类型的用户(例如数据 用户和电话用户)都提供高质量的网络服务。遗憾的是，语音流量要求可 靠且一致的服务质量和性能，因为任何延迟、噪声或网络拥塞都将导致可 以听到的问题，这些问题将对使用和享用聚合网络的能力产生负面影响。

一种解决方案是实质上将所有的可用带宽分配给语音流量并将正经过 网络的其它流量降为较低的优先级。但是，这不是可以接受的解决方案， 因为视频和数据用户也需要足够的带宽。

即使带宽足以处理语音、数据和视频流量，语音用户也可能注意到他 们使用聚合网络的其它问题。例如，语音混淆、线路回波、引起无声间隙 的丢失分组、诸如喀哒声、嘶嘶声、噼啪声、串话、嗡嗡声、爆裂声、静 电噪声或刺耳的声音之类的线路噪声可能会产生在网络上并且破坏语音呼 叫的质量。在其它时间，视频用户可能注意到接收视频流时恶劣的缓冲或 其它异常。

无线网络给确保用于语音和视频用户的足够的服务质量的问题增加了 额外的复杂性。例如，连接可能会经历间歇性中断，连接可能被丢弃或者 可能不能漫游。而且，如果某区域中的用户数目较大，则可能在不确定的 时间段内不能进行连接或得到任何服务。所有这些问题都会影响用户的满 意度并且当问题发生时需要尽快地纠正。

很多现有技术的工具试图为聚合网络的用户解决问题。一些基于web 的工具要求用户打开故障凭单并且定义或初步诊断它们所遇到的问题。由 于这种工具的复杂性，参与速率通常很低。即使当用户参与时，问题发生 和报告之间的延迟也可能使得不能确定问题发生时所存在的网络状况。因 而即使有可能，也很难及时地确定问题的根源并纠正该问题。

其它工具依赖于商业上可用的工具来捕获和收集定义服务质量 (QoS)参数的分组，所述工具例如是可由San Jose，California的Network General Corporation提供的Sniffer Pro或协议分析器Ethereal(在GNU General Public License下发布的开源软件)。遗憾地是，分组嗅探系统捕 获全部流量和全部呼叫，不管是否存在网络问题。然后当问题发生时，需 要花费很大的精力来定位与该问题有关的网络报告或日志或者确定根原。

也有其它的诊断工具可用于监视聚合网络上的语音流量。这些诊断工 具监视、报告和记录呼叫质量、被丢弃的呼叫和类似的统计信息，但是需 要相当大的带宽来实现。因而，这些工具增加了操作聚合网络的成本并且 减少了当转而使用聚合网络时公司所预期的节省。

很清楚，需要一种系统和方法，用于当用户在高带宽事件(例如VoIP 或VoWLAN电话呼叫或视频流传送)期间遇到网络问题时确定网络参数 以使得可以纠正所述网络问题。由于这些问题对于需要实时分组传送的语 音和视频用户来说是最明显的(不管是耦合到IP基础设施还是无线 LAN)，因此需要一种系统和方法，用于实时地指示网络问题并指示所遇 到的问题的类型。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的支持多个互联网协议电话的一个示 例的代表性通信网络的简化框图。

图2是示出了本发明的一个实施例的操作的流程图。

图3是示出了根据本发明实施例的支持多个互联网协议电话和视频用 户的通信网络的一个示例的代表性部分的简化框图。

具体实施方式

在这里针对本发明实施例的描述中，提供了很多具体细节，例如组件 和/或方法的示例，以提供对本发明实施例的全面理解。但是，相关领域的 技术人员可以意识到在不包括一个或多个所述具体细节的情况下，或者利 用其它装置、系统、组合件、方法、组件、材料、部件等也可以实现本发 明的实施例。在其它示例中，公知的结构、材料或操作没有被具体示出或 详细描述，以避免混淆本发明实施例的内容。

现在通过标号更具体地参考附图，图1中示出了代表性聚合网络5的 简化实施例。应当理解，能够满足要求传送长途电话质量的呼叫和以流形 式传送视频数据的网络将取决于很多因素，因此网络5的实际配置将很可 能根据给定应用所需要的特定性能而变化。因此，图1中所示的网络实质 上是示例性的。

在图1中，互联网协议(IP)电话6被示为耦合到网络路由器7。在 一个优选实施例中，网络路由器7是Cisco路由器，例如提供灵活的LAN 和WAN配置的Cisco 2600接入路由器。电话6可以是任何IP电话，在一 个实施例中，该电话例如是可从本申请的受让者的父公司Cisco Systems购 得的Cisco IP电话7960G。电话6被用于经互联网8或其它网络传送语音 信息。其它IP电话设备(例如IP设备9)也可以通过路由器7连接到互联 网8来传递语音、语音和视频或视频数据。例如，设备9可以是能够以实 时视频流的方式传递会话参与者的语音和视频图像的视频IP电话设备。在 一些示例中，电话6和设备9都是有视频能力的，能够发送和接收语音和 视频数据。在其它示例中，设备9可以是用于接收来自第三方源并显示在 电话6上的诸如电影之类的视频流或诸如无线电广播之类的语音流的设 备。一般地，电话6和设备9是具有显示屏幕和供用户输入信息的输入设 备的第2层或第3层网络设备。虽然图1中仅示出了两个IP设备，但是应 当理解实际上可以有无限多个这样的IP设备被耦合到与路由器7并行操作 的多个交换机上。

每当传入或传出呼叫涉及电话6或设备9中的一个或两者时，网络路 由器7就将电话6或设备9耦合到呼叫管理服务器10。服务器10负责提 供电话特征和功能，例如向IP电话和媒体处理设备传送消息和会议呼叫。 服务器10还提供与去往电话6或设备9的呼叫或视频流相关联的计费或其 它功能。

服务器10和路由器7还被耦合到路由平台11，其作为用于在SS7和 IP协议之间转换的传递点。以这种方式，可以在平台11处接收来自PSTN 电话12或经互联网8接收来自另一IP电话设备的起始于公共交换电话网 (PSTN)的呼叫。起始于IP设备6或9中的一个处的传出呼叫可以终止 于PSTN上的电话12。PSTN将外部呼叫传送到路由平台11。这里所使用 的PSTN可以包括其它电话网络，例如ISDN或FDDI。平台11可以用作 基于IP的语音(VoIP)网关、提供多媒体应用支持或缓存视频流量。

在另一实施例中，服务器10和路由平台11被集成到共同的平台上以 实现基于已建立的语音网络信令系统7(SS7)技术的高性能的电信级互联 网呼叫控制网关。例如，在Cisco System设备中，在服务器10上执行的 IOS操作系统中提供IP和SS7服务。SS7是国际电信联盟所采用的全世界 范围的标准。SS7定义了程序和协议，PSTN中的元件可根据这些程序和 协议交换信息以处理呼叫建立、计费、路由和控制。另外，优选地是路由 器7和1 5通过虚拟的LAN或VLAN被耦合到它们相应的服务器或路由平 台，以确保足够的带宽来处理语音或视频流量。

如图1中进一步所示，额外的IP设备(例如IP电话13和无线IP设 备14)通过路由器15和路由平台16被耦合到互联网8。设备14优选地是 符合IEEE的允许无线802.11b的设备。无线接入点基站17将无线IP设备 连接到路由器15。优选地，基站17是符合WiFi的IEEE802.11b接入点。 基站17用来认证呼叫者并定义允许无线通信的热点。发起或终止于无线 设备14的呼叫通常被称为基于无线局域网的语音呼叫或VoWLAN呼叫。

需要提供在IP和PSTN网络上的服务和特征的无缝协同工作能力， 以实现对互联网电话的广泛接受。由于网络环境的时间特性使得在各种类 型的网络上传送数字语音和视频数据的任务变得复杂。实际上，如果呼叫 必须在PSTN和互联网之间来回跳转，则当问题实际发生时很难看到网络 参数。此外，IP设备的多样性也使得传送高质量音频和视频数据的过程变 得复杂。因此，本发明利用与IP电话或设备相关联的键盘来产生指示特定 类型的问题的DTMF音调。

DTMF音调的序列被转换成信令消息，该信令消息被转发给VoIP基 础设施并且被路由到服务器10。如果信令消息遇到VoIP到SS7网关，则 该信令消息被转换回传统的DTMF音调。因此，当IP设备检测到DTMF 音调序列时，其将这些音调转换成信令消息并将适当的消息转发给服务 器。

关于VoIP和VoWLAN呼叫的问题可能具有很多不同的形式。虽然不 能尽述，但是VoIP和VoWLAN呼叫可能经历各种不同程度的质量降低。 例如，在至少部分地在互联网上传输的呼叫期间，用户可能遇到语音混 淆、听话方回波、讲话方回波或呼叫双方都有回波。在其它时间，在呼叫 期间，一个或所有用户可能失去音量，因此出现绝对的无声，可能只存在 一方的音频或者可能连续地或间歇性地发生音量失真。也可能经历其它各 种类型的噪声，这些噪声可以被分类为喀哒声、噼啪声、串话、嘶嘶声、 嗡嗡声、爆裂声、发动机声音、刺耳的声音或静电噪声。除了这些质量问 题之外，还有呼叫连接性问题，例如中止或间歇性中断、呼叫被丢弃、不 能漫游经过热点、线路服务可能不可用或者可能存在连续的忙信号。

大多时间，这些问题实质上是间歇性的并且难以诊断。在其它时间， 尽管容易诊断，但是难以确定引起问题的特定状况。为了提供对与遇到质 量问题的呼叫相关联的问题更好的实时指示，用户最好能够给问题加标签 和标记。

在图2中所示的实时环境中，IP电话或设备的用户检测到语音呼叫质 量的问题，如步骤20所示。一旦检测到，用户就可以输入特定的按键序 列以指示何时检测到了质量问题，步骤21。按键序列优选地由两个按键输 入构成，但是可以预期额外的输入。第一按键指示表示已检测到问题的标 签，第二按键输入用问题类型来指示或标记所述标签。标记提供语义叠 加，使得网络管理者可以实时地或随后。

本发明使用用户按键编码系统，以利用键盘进行按键式音调输入，从 而对VOIP或VoWLAN流量进行“加标签”或“标记”。为了发起标签 来报告各种诊断、质量和/或故障排查数据，用户只简单地输入按键。标签 按键优选地利用显示的消息或打印的卡片来定义和公布。在标签按键被输 入后不久，一个或多个标记按键被输入。例如，如果遇到被丢弃的呼叫， 则用户可以被提示按##5，而如果由于静电噪声、嘶嘶声或其它噪声使得 呼叫质量降低，则用户可以被提示按##6。本领域技术人员可以很容易地 想到其它按键序列，按键序列不受这里所描述的示例的限制。

在按键序列被用户输入时，网络参数被收集并传递给网络管理者，如 步骤22所示。优选地，在先的(pre-pending)网络参数被恢复以指示就在 质量问题发生之前的网络状态。此外，需要获取在后的(post-pending)网 络参数来指示输入标签之后一段选定的时间中的网络状态。在先和在后的 参数可能根据网络管理工具的特定应用、网络的拓扑或其它工程限制而变 化。一般来说，优选地是管理工具收集如下网络参数，这些网络参数定义 抖动、等待时间、分组丢失、带宽要求、缓冲器状态、信号强度、问题发 生的时间、漫游和无线电管理事件的时间和持续时间、针对传输路径中的 设备的CPU利用率、针对相关联的AP和WAN接口的呼叫负载和用户所 使用的IP设备的类型。还优选管理工具选择被收集信息的类型。例如，如 果语义标记指示问题与基站17由于其它用户而负荷过重相关联，则在IP 设备9处不需要获取抖动或等待时间参数，但是由于WLAN在共享的媒 体上操作，所以从相邻AP和客户端收集无线电参数将帮助排查问题。所 选择的参数被存档，以使得后续的数据开采可以产生关于持续问题的原因 的额外线索。

如步骤23所示，本发明的可选特征将问题告知给呼叫中的所有参与 方。例如，如果确定因为一个用户漫游到接入点的范围以外所以呼叫被丢 弃，则消息被传送到每个用户并被显示在与IP设备或电话相关联的显示设 备上。

图3示出了服务器10接收到按键输入之后的本发明的操作。服务器 10将呼叫的质量问题告知给网络管理者25。一旦接收到通知，网络管理 者25就收集在从网络工具26检测到标签之前一段时间的网络参数。网络 工具26可以将所利用的自动诊断方法包括在用于VoIP流量的控制协议 内。所利用的诊断方法例如瘦小客户端控制协议(SCCP)中可得到的呼 叫诊断方法，SCCP是用在呼叫管理服务器10和IP电话6和13或其它IP 设备9和14之间的Cisco专有协议。

优选地，管理者25连续收集网络参数，所述收集持续一个额外时段 或者持续网络组件上的呼叫的剩余持续时间。因而，如果无线设备14的 用户要呼叫IP电话6处的用户，则网络管理者25将获得针对无线设备 14、接入点17和任何附近的同信道或传感接入点、路由器15和7、路由 平台11和16以及中间互联网跳的参数。这个信息将被存档在存档数据库 27中以用于后续的数据开采。

在其它实施例中，路由平台16包括统一的呼叫控制系统，该系统将 SS7与异步传输模式(ATM)虚拟电路交换能力相结合。

服务器10实现针对专用特征组合的服务器侧分组检测。一旦调用这 种组合，服务器系统就创建诊断凭单事件，该事件被发送给网络管理者 25。这个事件凭单发起自动地将在该标记之前xx秒的流量记录到专用报 告的过程；产生管理者可配置的动作，例如SNMP错误、SMTP消息和 SYSLOG更新。一旦接收到事件凭单，网络管理者25就执行和自动操作 网络诊断方法，以确定是否存在对特定网络节点/呼叫系统的QOS设置的 最佳改变。网络管理者25还调整针对网络管理者的任何网络审查和报 告。如果需要任何服务级别协议监视，则诸如SKINNY之类的网络工具系 统记录呼叫质量参数。

如果带宽不足、忙信号或类似的网络问题被指示，则额外的按键扩展 可以被用于增加用于诸如服务级别协议之类的数据的加标签的标记。这些 按键扩展可以响应于被传送给最先给质量问题加标签的用户的提示。服务 器10或网络管理者25可以传送采用语音查询的形式的这些提示，所述语 音查询要求用户输入多个按键中的一个来指示相应的多个问题描述。

本发明利用现有的内嵌技术(电话和键盘)和容易执行的用户行为 (按键输入以产生DTMF按键式音调)来产生质量标签和标记。与增加系 统负担的数据记录和一直进行的分组检查不同，本发明只在需要时和呼叫 质量问题发生时利用网络资源。通过创建丰富的语义叠加，呼叫问题可以 更接近地被标识，并且可以自动地在数据分组过程中被“标记”。这个语 义叠加给管理者提供了时间上和问题发生的网络中的精确定位。

在另一实施例中，按键序列被用来指示何时流媒体具有很低的传输速 率以及何时未正确地流传送。在这个实施例中，IP设备被用于告知服务器 10质量问题并且随后方便且快速地描述所遇到的问题的类型。因而，在操 作中，如果用户正在观看IP设备上的电影而流传送不连续，则用户可以给 该问题加标签并指示流太慢以致于不能维持连续的流。在其它示例中，标 签可以指示音频轨与视频轨不同步的音频问题。

在本发明的另一实施例中，语义按键序列很容易被扩展到其它应用。 例如，除了定义针对VoWLAN或VOIP流量的质量语义之外，语义叠加 例如可以被用于为关于安全性、QOS、内容服务、配置或音调的其它标准 提供额外的数据标签。

虽然已经就本发明的特定实施例描述了本发明，但是这些实施例只是 示例性的，而不限制本发明。例如，网络可以包括诸如路由器、交换机、 服务器和这种网络中常见的其它组件等的组件。另外，这些组件可以包括 实现网络设备和其它设备之间的连接性功能的软件算法。

这里所描述的可执行代码可以用用于实现本发明的例程的任何合适的 编程语言来实现，包括C、C++、Java、汇编语言等。可以采用不同的编 程技术，例如过程式或面向对象的编程。这些例程可以在操作系统环境中 运行，或者作为占据整个系统处理或系统处理的一部分的单机例程来运 行。

在这里的描述中，提供了大量的具体细节(例如组件和/或方法的示 例)以提供对本发明实施例的全面理解。但是，相关领域的技术人员将意 识到在不具有所述具体细节中的一个或多个细节的情况下或者利用其它装 置、系统、组合件、方法、组件、材料、部件等，也可以实现本发明的实 施例。在其它示例中，公知的结构、材料或操作没有被具体示出或详细描 述，以避免混淆本发明实施例的内容。

这里所使用的各种数据库、应用软件或网络工具可以位于一个或多个 服务器计算机中并且更具体而言在这种服务器计算机的存储器中。这里所 使用的针对本发明实施例的目的的“存储器”可以是可以包含、存储、传 送、传播或传输用于或结合指令执行系统、装置、系统或设备的程序的任 何介质。存储器可以例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系 统、装置、系统、设备、传播介质或计算机存储器。

整个说明书提到“一个实施例”、“实施例”或“特定实施例”时意 味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一 个实施例中但不必包括在所有实施例中。因而，在整个说明书中不同地方 分别出现短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在特定实施例 中”不一定指代相同的实施例。此外，本发明的任意特定实施例的特定特 征、结构或特性可以以任何合适的方式与一个或多个其它实施例相组合。 应当理解这里所描述和示出的本发明实施例的其它改变和修改在这里的教 导的启示下也是可能的，并且被视为本发明的精神和范围的一部分。

可以利用被编程的通用数字计算机、利用专用集成电路、可编程逻辑 器件、现场可编程门阵列、光、化学、生物、量子或纳米工程系统、组件 和机制来实现本发明的实施例。总地来说，本发明的功能可以通过本领域 公知的任何方式来实现。可以使用分布式或联网系统、组件和电路。数据 的传送或传递可以是有线的、无线的或利用任何其它方式。

还应理解附图中所示出的一个或多个元件也可以以更加分离或集成的 方式来实现，或者甚至根据特定应用需要而在某些情况下被去除或者使之 不可操作。实现可以被存储在机器可读介质中的程序或代码以允许计算机 执行上述任何方法也在本发明的精神和范围内。

另外，附图中的任何信号箭头都应当被认为只是示例性的而不是限制 性的，除非另外被专门指出。此外，这里所使用的术语“或”一般是要表 示“和/或”，除非另外指示。组件或步骤的组合也将被视为被指出的，其 中术语被预见为使得分离或组合的能力不清楚。

这里的描述中和所附的整个权利要求书中所使用的“一个”包括多个 引用，除非上下文中清楚地描述了其它情况。此外，这里的描述中和所附 的整个权利要求书中所使用的“在...中”包括“在...中”和“在...上”， 除非上下文中清楚地描述了其它情况。

包括摘要中的描述的对所示出的本发明实施例的以上描述不是穷举性 的或者将本发明局限于这里所公开的确切形式。虽然这里只描述了为了示 例性目的的本发明的特定实施例和示例，但是相关领域的技术人员将意识 到并理解各种等同的修改方式也可能在本发明的精神和范围内。如上所 述，在对所示出的本发明实施例的以上描述的启示下可以对本发明进行这 些修改，并且这些修改将被包括在本发明的精神和范围内。

因而，虽然已经参考本发明的特定实施例描述了本发明，但是很多的 修改、各种变化和替换也意图在前述公开中，并且将理解在一些示例中， 本发明的实施例的一些特征将被采用，但不相应地使用其它特征，这不脱 离所提出的本发明的范围和精神。因此，可以进行很多修改以使特定的情 形或材料适合于本发明实质的范围和精神。希望本发明不被局限于所附权 利要求中所使用的特定术语和/或作为执行本发明所预期的最佳模式而公开 的特定实施例，而且本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施 例和等同物。